Almacenador de energía mecánica de rotación.

Almacenador de energía mecánica de rotación mediante múltiples resortes en espiral de fleje de acero templado.

Cada una de las espirales puede soportar una gran deformación no permanente por efecto de una carga externa con un alto grado de resiliencia, absorbiendo energía en su zona elástica. La disposición de unión sucesiva de los múltiples resortes en espiral permite la acumulación de gran cantidad de energía al sumar las cargas absorbidas por cada una de las espirales y mantenerse forzadas a deformación elástica no permanente. La carga de la energía mecánica a almacenar y la descarga controlada de la misma se realiza mediante el giro de dos coronas dentadas engranadas a sendos tornillos sinfín accionados por dos motores de corriente continua.

ALMACENADOR DE ENERGïA MECïNICA DE ROTACiïN

Sector tïcnico de la invenciïn La invenciïn se engloba dentro de los sistemas para acumular energïa, mïs concretamente dentro de los sistemas que almacenan energïa mecïnica, y mïs especïficamente se refiere a un almacenador de energïa mecïnica de rotaciïn mediante mïltiples resortes en espiral. Cada una de las espirales puede soportar una gran deformaciïn no permanente por efecto de una carga externa con un alto grado de resiliencia, absorbiendo energïa en su zona elïstica. La disposiciïn de uniïn sucesiva de los mïltiples resortes en espiral permite la acumulaciïn de gran cantidad de energïa al sumar las cargas absorbidas por cada una de las espirales y mantenerse forzadas a deformaciïn elïstica no permanente.

ANTECEDENTES DE LA INVENCiïN El aprovechamiento de las fuentes de energïas renovables para autoabastecimiento energïtico suficiente segïn las necesidades actuales del consumo, principalmente elïctrico, cuenta con el inconveniente de aportaciïn arbitraria en espacio-tiempo, cantidad y calidad de estas energïas naturales, provocando casi siempre un desencuentro entre oferta y demanda energïtica. Para el usuario de estas energïas es necesario, no solo aplicar tecnologïas para aprovecharlas directamente, sino adecuarlas, mediante subsistemas de almacenamiento, para disponer de estas fuentes de energïa controladamente y utilizarlas eficientemente segïn sus necesidades. Es sabido que para el almacenamiento de la energïa hidrïulica se emplean presas para embalsar agua que se descarga como energïa potencial sobre turbinas en la base del salto de agua a requerimiento controlado de la demanda de energïa. Una nueva forma de almacenamiento de la energïa solar tïrmica se aplica en las grandes plantas de colectores solares cilindro-parabïlicos y las de centrales de torre. El almacenamiento en estas instalaciones se realiza mediante grandes depïsitos de sales fundidas por sofisticados intercambios de calor. El interïs actual por el autoabastecimiento de energïa elïctrica con paneles fotovoltaicos en viviendas unifamiliares y asentamientos aislados ha generado una gran oferta de equipos acumuladores de energïa que almacenen la energïa producida en los espacios de tiempo impredecibles en que la radiaciïn solar es elevada y que, normalmente, no coincide con los momentos de demanda de energïa elïctrica de los usuarios de la instalaciïn.

Los sistemas desarrollados para satisfacer controladamente las necesidades de abastecimiento elïctrico se han basado casi exclusivamente en baterïas acumuladoras electroquïmicas. No obstante, estos sistemas de acumulaciïn de energïa presentan serios inconvenientes: los elevados costes actuales de los acumuladores necesarios para garantizar un suministro ajustado a las necesidades de consumo elïctrico convencional unido a los periodos reducidos de correcta utilidad en los que han de ser amortizados, cuestionan si vale o no la pena almacenar la energïa elïctrica obtenida en una instalaciïn fotovoltaica autïnoma. Otra manera de almacenamiento de energïa mecïnica de rotaciïn en fase avanzada de desarrollo se basa en la acumulaciïn mediante volantes de inercia. Estos sistemas permiten prolongar un tiempo la carga energïtica por rotaciïn acumulada previamente en pesados y exigentemente equilibrados volantes. Sin embargo, los sistemas de acumulaciïn de energïa mediante volantes de inercia tambiïn presentan considerables inconvenientes como requerir volantes de inercia pesados y con un nivel de tolerancia en el equilibrado muy exigente. La invenciïn descrita a continuaciïn soluciona estos problemas proporcionando un sistema para almacenar energïa que tiene unos costes de fabricaciïn, montaje y de amortizaciïn inferiores a los de los sistemas conocidos. La invenciïn se basa en almacenar la energïa mecïnica giratoria proporcionada por un motor elïctrico, que puede ser alimentado directamente por una instalaciïn fotovoltaica, capaz de deformar elïsticamente y no permanentemente resortes en espiral. La invenciïn que comprende mïltiples resortes en espiral conectados entre sï sobre una estructura giratoria, es capaz de almacenar una considerable cantidad de energïa mecïnica de rotaciïn que puede contenerse o descargarse controladamente y generar energïa elïctrica mediante un alternador. Estos equipos no estïn limitados a tamaïos para instalaciones unifamiliares, pudiendo construirse de gran tamaïo y distribuirse como subsistemas de almacenamiento en grandes plantas fotovoltaicas. Una de sus ventajas frente a otras tecnologïas para el almacenamiento es su prolongada eficiencia para su amortizaciïn durante un periodo que se estima superior al de la propia instalaciïn captadora de energïa.

DESCRIPCiïN DE LA INVENCiïN

La invenciïn se refiere a un almacenador de energïa mecïnica de rotaciïn como el definido en el juego de reivindicaciones.

BREVE DESCRIPCiïN DE LOS DIBUJOS

Para una mejor comprensiïn de cuanto se describe en la presente memoria se

acompaïan unos dibujos en los que, tan sïlo a tïtulo de ejemplo, en la figura 1 se

representan seccionadas las partes determinantes del funcionamiento correcto del

mecanismo almacenador.

En la figura 2 se ha dibujado la uniïn sucesiva de 6 espirales tïpicas convencionales

S (7S, 7'S) , solamente, con el fin de facilitar la descripciïn del montaje con arrollamiento

en sentido contrario entre espirales contiguas y unidas entre sï, alternativamente, por

los extremos opuestos, de mayor o menor diïmetro, sobre los anillos perifïricos

giratorios (8, 8') Y los anillos centrales giratorios (6, 6') del conjunto mïvil del

mecanismo. En cada anillo independiente, unos exteriores (8, 8') Y otros centrales (6,

10 6') , se fija solidaria la uniïn entre las espirales (7S, 7'S) .

La figura 3 muestra una interpretaciïn figurada de una secciïn completa del

almacenador descargado al mantener todas las espirales (7S, 7'S) sin deformaciones

elïsticas y ubicadas interiormente dentro de los anillos exteriores (8, 8') del

mecanismo y separadas por los platos separadores troncocïnicos (13) para guiarlas e

lS impedir rozamientos entre ellas.

La figura 4 muestra una interpretaciïn figurada de una secciïn completa del

almacenador cargado, al mantener todas las espirales con mïximas deformaciones

elïsticas no permanentes, ubicadas en su compartimento enrolladas y forzadas sobre

cada anillo central (6, 6') del mecanismo.

20 En las figuras 3 y 4 se ha dibujado un motor de corriente continua (15) en la base del

almacenador, otro motor de corriente continua (16) en la parte superior y un piïïn (17)

y un alternador (18) . (Estos motores se han representado para una mejor comprensiïn

de la siguiente descripciïn de las operaciones de carga y descarga de energïa en un

conjunto almacenador preferido) .

2S Las referencias:

(1) eje principal

(2) base

(3) plancha de cierre

(4) corona de carga

30 (41) cara de base

(42) cara de eje

(43) prolongaciïn tubular de la corona de carga (4)

(5) primer rodamiento axial

(5') segundo rodamiento axial

3S (51) primera cara frontal

(52) segunda cara frontal

(6) primer anillo central giratorio (6') segundo anillo central giratorio

(7) primer resorte;

(71) primer extremo interior (7E) primer extremo exterior (7S) primera espiral (1') segundo resorte (TE) segundo extremo exterior (TI) segundo extremo interior (TS) segunda espiral

(8) primer anillo perifïrico giratorio; (8') segundo anillo perifïrico giratorio;

(10) corona de descarga

(11) tornillo sinfïn de descarga

(12) ruedas guiadas

(13) platos separadores troncocïnicos

(14) tornillo sinfïn de carga

(15) motor de corriente continua de carga

(16) motor de corriente continua de descarga

(17) piïïn

(18) alternador

(23) envoltorio

DESCRIPCiïN DE UNA REALIZACiïN PREFERIDA

Cada resorte (7, 1') en espiral es montado, fijïndolo por su extremo exterior (7E, TE) , a una cara interior de un anillo exterior de gran diïmetro (8) . El extremo interior (71, TI) de la espiral (7S, 7'S) se fija sobre una cara exterior de anillo central giratorio (9) ; el anillo central giratorio (9) estï montado sobre un ïrbol eje vertical (1) . Una segunda espiral (TS) es montada sobre una primera espiral (7S) . Este patrïn es repetido tantas veces como se desee para obtener un nïmero determinado de resortes. Tanto la carga de energïa mecïnica a almacenar como la contenciïn o la descarga controlada de la energïa acumulada se consiguen mediante dos coronas dentadas de gran diïmetro. una corona...

1. Almacenador de energïa mecïnica de rotaciïn caracterizado por que comprende: una pareja de resortes (7, 7') en espiral (7S, 7'S) en torno a un eje central (1) , estando la pareja de resortes (7, 7') configurada para absorber una deformaciïn elïstica no permanente acumulada por efecto de tracciïn mecïnica de carga rotacional.

2. Almacenador de energïa mecïnica de rotaciïn segïn la reivindicaciïn 1 caracterizado por que comprende un mecanismo irreversible (4, 14, 10, 11) conectado con la pareja de resortes (7, 7') configurado para: 2a) permitir una carga (4, 14) /descarga (10, 11) de energïa controlada mediante una

deformaciïn elïstica no permanente de la pareja de resortes (7, 7') ; 2b) mantener una energïa almacenada en la pareja de resortes (7, 7') impidiendo una descarga no deseada de dicha energïa almacenada.

3. Almacenador de energïa mecïnica de rotaciïn segïn cualquiera de las reivindicaciones 1-2 caracterizado por que comprende: 3a) un eje (1) : 3b) una corona dentada de carga (4) configurada para girar en torno al eje (1) Y para

recibir energïa a ser almacenada; 3c) un primer anillo central giratorio (6) configurado para girar en torno al eje (1) ; 3d) un primer anillo perifïrico giratorio (8) configurado para girar en torno al eje (1) ; 3e) un segundo anillo central giratorio (6') configurado para girar en torno al eje (1) ; 3f) una corona dentada de descarga (10) configurada para girar en torno al eje (1) Y

para descargar energïa almacenada en la pareja de resortes (7, 7') ; donde: 3g) un primer resorte (7) configurado para almacenar energïa a ser almacenada proveniente de la corona dentada de carga (4) , comprendiendo el primer resorte (7) : 3g 1) un primer extremo interior (71) fijado al primer anillo central giratorio (6) ; 3g2) un primer extremo exterior (7E) fijado al primer anillo perifïrico giratorio (8) ; 3g3) una primera espiral (7S) en un primer sentido entre el primer extremo interior (71) y el primer extremo exterior (7E) ; 3h) un segundo resorte (7') configurado para almacenar energïa a ser almacenada proveniente de la corona dentada de carga (4) , comprendiendo el segundo resorte (7') : 3h1) un segundo extremo exterior (7'E) fijado al primer anillo perifïrico giratorio (8) ; 3h2) un segundo extremo interior (7'1) fijado al segundo anillo central giratorio (6') ;

3h3) una segunda espiral (7'S) en un segundo sentido, contrario al primer sentido, entre el segundo extremo exterior (7'E) y el segundo extremo interior (7'1) .

4. Almacenador de energïa mecïnica de rotaciïn segïn la reivindicaciïn 3 caracterizado por que comprende:

4a) una base (2) ;

4b) un primer rodamiento axial (5) montado en el eje (1) que comprende:

4b1) una primera cara frontal (51) apoyada sobre la base (2) ;

4b2) una segunda cara frontal (52) opuesta a la primera cara frontal (51) ;

donde: 4c) el eje (1) estï: 4c1) fijado rïgidamente a la base (2) ; 4d) la corona dentada de carga (4) comprende: 4d1) una cara de base (41) montada sobre la segunda cara frontal (52) del

primer rodamiento axial (5) ; 4d2) una cara de eje (42) opuesta a la cara de base (41) que comprende; 4d3) una prolongaciïn tubular (43) coaxial con el eje (1) ;

4e) el primer anillo central giratorio (6) estï: 4e1) atornillado a la prolongaciïn tubular (43) .

5. Almacenador de energïa mecïnica de rotaciïn segïn cualquiera de las reivindicaciones 3-4 caracterizado por que comprende: 5a) un tornillo sinfïn de descarga (11) :

5a1) engranado a la corona dentada de descarga (10) 5a2) configurado para controlar un giro de la corona dentada de descarga (10) impidiendo un giro de la corona dentada de descarga (10) .

Almacenador de energïa mecïnica de rotaciïn segïn cualquiera de las reivindicaciones 3-5 caracterizado por que comprende:

6a) un tornillo sinfïn de carga (14) : 6a1) engranado a la corona dentada de carga (4) 6a2) configurado para controlar un giro de la corona dentada de carga (4)

transmitiendo mediante un giro a la corona dentada de carga (4) la energïa a ser almacenada.

7. Almacenador de energïa mecïnica de rotaciïnsegïn cualquiera de las reivindicaciones 1-6 caracterizado por que los resortes (7, 7') contiguos estïn dispuestos con espirales (78, 7'8) en sentidos contrarios.

8. Almacenador de energïa mecïnica de rotaciïn segïn cualquiera de las reivindicaciones 3-7 caracterizado por que comprende una rueda guiada (12) configurada para permitir una rodadura del anillo perifïrico giratorio (8, 8') sobre la rueda (12) .

9. Almacenador de energïa mecïnica de rotaciïn segïn cualquiera de las reivindicaciones 3-8 caracterizado por que comprende un segundo rodamiento axial (5') configurado para permitir un giro del segundo anillo central giratorio (6') apoyado sobre el segundo rodamiento axial (5') .

10. Almacenador de energïa mecïnica de rotaciïn segïn cualquiera de las reivindicaciones 1-8 caracterizado por que comprende una arandela troncocïnica

(13) configurada para proporcionar cavidades separadoras entre resortes (7, 7') contiguos y permitir deslizamientos dirigidos y suaves de las espirales (78, 7'8) e impedir rozamientos entre las espirales (78, 7'8) .

11. Almacenador de energïa mecïnica de rotaciïn segïn cualquiera de las reivindicaciones 1-10 caracterizado por que comprende 11 a) un alternador (18) configurado para generar corriente elïctrica que comprende:

a1) un piïïn (17) engranado en la corona dentada de descarga (10) configurado para girar un eje de un rotor del alternador (18) .

12. Almacenador de energïa mecïnica de rotaciïn segïn cualquiera de las reivindicaciones 1-11 caracterizado por que comprende cien resortes (7, 7') de longitud de resorte Lr cada uno, configurados para obtener, con carga completa, una

deformaciïn elïstica no permanente de 100Lr.

13. Almacenador de energïa mecïnica de rotaciïn segïn cualquiera de las reivindicaciones 1-11 caracterizado por que comprende: 5 13a) un envoltorio (23) envolviendo perimetralmente los componentes del almacenador;

13b) una plancha (3) igual a la base (2) configurada para cerrar una porciïn superior del envoltorio (23) .

14. Almacenador de energïa mecïnica de rotaciïn segïn cualquiera de las reivindicaciones 1-13 caracterizado por que el eje (1) : 14a) estï en el centro de la base (2) ; 14b) es perpendicular a la base (2) .

15. Almacenador de energïa mecïnica de rotaciïn segïn cualquiera de las reivindicaciones 1-14 caracterizado por que las espirales (78, 7'8) son de fleje.

16. Almacenador de energïa mecïnica de rotaciïn segïn cualquiera de las reivindicaciones 1-15 caracterizado por que las espirales (78, 7'8) son de acero.

17. Almacenador de energïa mecïnica de rotaciïn segïn cualquiera de las reivindicaciones 1-16 caracterizado por que la base (2) es cuadrada.